Тепловое состояние режущего инструмента в значительной мере определяет эффективность его использования. Современные тенденции интенсификации методов резания во время эксплуатации режущего инструмента приводят к существенному увеличению его тепловых нагрузок, что определяет актуальность задач их исследования.

      Теперь методы исследований теплового состояния режущего инструмента достаточно хорошо развиты в условиях установившегося теплообмена [1, 2, 3]. Однако в ряде случаев при прерывистом резании игнорирование нестационарности процесса невозможно. Общетеоретические соответствия закону описания термофизических явлений известны при неустановившемся теплообмене и не принимают во внимание особенности функционирования режущего инструмента и требуют существенного изучения. Как с научной точки зрения, так и с практической необходимо исследование возможностей теоретического описания теплового состояния режущего инструмента и оценки температуры при различных условиях эксплуатации.

      Цель представленной работы - создание метода расчета температуры режущего инструмента в условиях неустановившегося теплообмена, а также анализ на этом основании влияния режимов обработки на температурное состояние инструмента.

      Решение производится с помощью дифференциального уравнения теплопроводности для точечного источника непрерывного действия в неограниченном пространстве [1]:

       где - расстояние от любой точки М(х, у, z) до места точечного источника вспышки J(х_и, у_и, z_и); Q, t- температура и время, w - коэффициент диффузности; q- плотность распределения теплового потокоа ; erf[u] - видоизмененная функция интеграла вероятности.

      В течение пастеризации технологических системных компонентов режущее лезвие инструмента рассматривается как неограниченный клин с углом заострения b. Источник теплоты, который появляется на передней поверхности режущего лезвия инструмента имеет прямоугольные размеры bхl (l - длина контактной кромки резания с передней поверхностью лезвия в направлении резания, b - ширина контактной кромки).

      Безразмерное температурное поле, которое появляется в лезвии режущего инструмента под действием такого источника в неустановившемся теплообмене, описывается как указано ниже:

      Большой интерес с точки зрения нестационарного резания представляет прерывистое резание, которое характеризуется присутствием рабочих ходов продолжительностью tp, которые чередуются с холостыми ходами продолжительностью th. В период рабочего хода наблюдается нагрев инструмента, который отражает аналитические зависимости, приведенные выше. В период холостого хода в отсутствии нагревания наблюдается охлаждение режущих кромок вследствие утечки тепла с поверхности резания. Процесс охлаждения в данном случае описывается как указано ниже:

      Циклический процесс изменения температуры вершины лезвия при прерывистом резании имеет следующее аналитическое описание:

      Вычисление и построение графиков на рис.1 выполняется применимо к обработке режущим инструментом с пластиной из твердого сплава T15K6 (коэффициент диффузности = 0,100*10^-4 м²/с) для режимов обработки которые обеспечивают размеры контакта поверхности резания с передней поверхностью лезвия l= 1мм, b = 2мм, длина рабочего хода t_p = 0,1с

      В первом цикле t_c1 в течение первого рабочего хода t_p1 наблюдается быстрый рост температуры в соответствии с кривой нагревания Т_Н1, a затем в течение холостого хода t_h1 - снижение температуры в соответствии с кривой охлаждения Т_О1. Во втором цикле t_c2в период рабочего хода происходит нагрев (кривая Т_Н2), в период холостого хода - охлаждение (кривая Т_О2). В последовательности циклы t_c нагревающийся и охлаждающийся, повторяются. В некоторый момент времени они уравновешиваются. Процесс может рассматриваться как постоянный и характеризует среднюю температуру Т_ср.

      С применением вышеуказанного метода вычисления коэффициентов снижения уровня температур выполняются при прерывистом резании для различных соотношений работ и за один рабочий ход, в отличие от непрерывного. Их результаты представлены на рис. 2.

      Следующие случаи циклической обработки рассматриваются при:
- постоянной продолжительности рабочего хода t_p = const, изменение продолжительности холостого хода характеризуется коэффициентом К_h = t_h / t_p(рис.2 а);
- постоянной продолжительности холостого хода t_h = const, изменение продолжительности рабочего хода характеризуется коэффициентом K_р = t_p / t_h (рис.2 b).

      На основании исходных графиков может быть выполнена количестенная оценка эффективности увеличения продолжительности холостых ходов, что приводит к существенному снижению уровня температуры t режущего инструмента. Полученные результаты предоставляют возможность прогнозирования изменения температуры в зависимости от соотношений работ и единичных ходов при прерывистом резании, а также, позволяют управлять снижением температуры благодаря выбору рационального уровня этих соотношений.

      С применением метода определения размеров температуры может быть выполнен анализ температуры t режущего инструмента в различных условиях эксплуатации на основании определения для этих параметров размера коэффициента Р, способы вычисления которого достаточно известны.

      С использованием теплового исследования метод аналитического вычисления температуры режущего инструмента осуществляется в условиях прерывистого резания, что позволяет прогнозировать постоянную температуру в любой точке режущего лезвия инструмента при прерывистом резании. Аналитические исследования, выполненные на этом основании, дают оценку снижения температуры инструмента при прерывистом резании для различных параметров обработки, в отличие от непрерывного.

      Предложенный метод может быть широко использован для прогнозирования теплового состояния различных режущих инструментов в условиях нестационарного резания.

1. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. - М.: Машиностроение, 1990. –288с.
2. Iвченко Т.Г. Аналітичне визначення температури різання в залежності від умов експлуатації ріжучого інструменту // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Випуск 92. - Донецьк, ДонНТУ, 2005.- С.37-42.
3. Tatjana Ivchenko. Research of thermal processes and control of temperature of cutting at exploitation of a modular cutting tool // PROCEEDINGS OF THE 4-TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGIES ICAMAT. Bucuresti: Editura Academiel Romane; 2005. – P. 507-512.